2018版高中物理第5章传感器及其应用5.2-5.3常见传感器的工作原理大显身手的传感器学案鲁科版选修.docx

第2讲常见传感器的工作原理第3讲大显身手的传感器 目标定位1.认识光敏电阻和热敏电阻这两种敏感元件，知道其特性.2.理解光电传感器和温度传感器的工作原理.3.了解传感器的设计思路，了解生活中传感器的简单应用及给人类生产、生活带来的便利一、光电传感器的原理1光电传感器是一种能够感受光信号，并按照一定规律把光信号转换成电信号的器件或装置2光敏电阻在被光照射时，它的电阻发生变化，这样光敏电阻可以把光照强弱转换为电阻这个电学量3光敏电阻的阻值随光照的增强而减小4常见的光电传感器：光敏电阻、光敏晶体管、光电二极管、光电三极管、光电池等，它们都是利用某些物质在光照射下电学特性随之变化的性质制成的二、探究温度传感器的原理1温度传感器温度传感器是一种将温度变化转换为电学量变化的装置常见的温度传感器有热敏电阻和热电偶等2热敏电阻热敏电阻利用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显3热敏电阻器的两种型号及其特性热敏电阻是电阻值随温度变化而变化的敏感元件在工作温度范围内，电阻值随温度的升高而增大的是正温度系数(PTC)热敏电阻；电阻值随温度的升高而减小的是负温度系数(NTC)热敏电阻三、传感器在生产、生活中的应用举例1洗衣机水位控制装置压力传感器如图1所示，筒中水位到达设定的高度时，凸起的膜片使动触点a与静触点b脱离，并与静触点c接触，从而接通控制电路，关闭进水电磁阀门，接通洗涤电动机电源，开始洗涤衣物图12自动门的开关红外线传感器接收人体发出的红外线，产生电压输出信号3指纹识别器电容式传感器获取指纹信息，转换成电信号4机器人中的传感器分类一、光电传感器原理1光敏电阻的特点：阻值随光照强度的增大而减小2光敏电阻的机理：光敏电阻一般由半导体材料做成，当半导体材料受到光照而温度升高时，会有更多的电子获得能量成为自由电子，同时也形成更多的空穴，导电性能变好，电阻变小例1如图2所示，R1、R2为定值电阻，L为小灯泡，R3为光敏电阻，当照射光强度增大时()图2A电压表的示数增大BR2中电流减小C小灯泡的功率增大D电路的路端电压增大答案ABC解析当光强度增大时，R3阻值减小，外电路电阻随R3的减小而减小，R1两端电压因干路电流增大而增大，同时内电压增大，故电路路端电压减小，而电压表的示数增大，A项正确，D项错误；由路端电压减小，而R1两端电压增大知，R2两端电压必减小，则R2中电流减小，故B项正确；结合干路电流增大知流过小灯泡的电流必增大，则小灯泡的功率增大，C项正确二、探究温度传感的原理1热敏电阻(1)特点：热敏电阻的阻值大小与温度的高低有关温度变化，阻值有明显变化(2)分类：由半导体材料制成，其导电性能对温度的变化很敏感，热敏电阻所用材料根据其温度特性可分为三类：正温度系数热敏电阻、负温度系数热敏电阻和临界温度系数热敏电阻正温度系数的热敏材料(PTC)，它的电阻随温度上升而增大负温度系数的热敏材料(NTC)，它的电阻随温度的上升而减小临界温度系数的热敏材料(CTC)，它的电阻在很小的温度范围(临界)内急剧减小2金属热电阻特点：电阻率随温度的升高而增大例2如图3所示是观察电阻值随温度变化情况的示意图现在把杯中的水由冷水变为热水，关于欧姆表的读数变化情况正确的是()图3A如果R为金属热电阻，读数变大，且变化非常明显B如果R为金属热电阻，读数变小，且变化不明显C如果R为NTC热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变小，读数变化非常明显D如果R为NTC热敏电阻(用半导体材料制作)，读数变小，读数变化不明显答案C解析若为金属热电阻，温度升高后，电阻变大，读数变化不明显，A、B错若为热敏电阻，读数将明显变化，C对，D错例3关于光敏电阻和热敏电阻，下列说法中正确的是()A光敏电阻是用半导体材料制成的，其阻值随光照增强而减小，随光照的减弱而增大B光敏电阻是能把光照强度这个光学量转换为电流这个电学量的传感器C热敏电阻是用金属铂制成的，它对温度感知很灵敏D热敏电阻是把热量这个热学量转换为电阻这个电学量的传感器答案A解析光敏电阻是把光照强度转换为电阻的元件；热敏电阻是把温度转换为电阻的元件，故B、D错误；热敏电阻和光敏电阻都是半导体材料制成的，半导体具有光敏性和热敏性，金属铂与热敏电阻相反，故C错误三、自动控制电路的分析与设计例4如图4所示为小型电磁继电器的构造示意图，其中L为含铁芯的线圈，P为可绕O点转动的铁片，K为弹簧，S为一对触头，A、B、C、D为四个接线柱电磁继电器与传感器配合，可完成自动控制的要求，其工作方式是()图4AA与B接信号电压，C与D跟被控电路串联BA与B接信号电压，C与D跟被控电路并联CC与D接信号电压，A与B跟被控电路串联DC与D接信号电压，A与B跟被控电路并联答案A解析由图可知A、B是电磁继电器线圈，所以A、B应接信号电压，线圈随信号电压变化使电磁继电器相吸或排斥，从而使C、D接通或断开，进而起到控制作用，故正确答案为A.光传感器的应用1如图5所示，用光敏电阻LDR和灯泡制成的一种简易水污染指示器，下列说法中正确的是()图5A严重污染时，LDR是高电阻B轻度污染时，LDR是高电阻C无论污染程度如何，LDR的电阻不变，阻值大小由材料本身因素决定D该仪器的使用不会因为白天和晚上受到影响答案A解析严重污染时，透过污水照到LDR上的光线较少，LDR电阻较大，A对，B错；LDR由半导体材料制成，受光照影响电阻会发生变化，C错；白天和晚上自然光强弱不同，或多或少会影响LDR的电阻，D错温度传感器的应用2如图6所示，由电源、小灯泡、电阻丝、开关组成的电路中，当闭合开关S后，小灯泡正常发光，若用酒精灯加热电阻丝时，发现小灯泡的亮度变化是_，发生这一现象的主要原因是()图6A小灯泡的电阻发生了变化B小灯泡灯丝的电阻率随温度发生了变化C电阻丝的电阻率随温度发生了变化D电源的电压随温度发生了变化答案变暗C解析电阻丝的电阻率随温度的升高而增大，电阻也增大，电路中电流减小，根据PI2R知，小灯泡的实际功率减小，所以变暗自动控制电路的分析与设计3如图7所示为一自动控制温度的电路图，请说明其工作原理图7答案见解析解析当开关P在弹簧拉力作用下拉到上面与a接触时，电热丝工作；随着温度升高，热敏电阻温度升高，阻值减小，通过电磁铁的电流增大，电磁铁磁性增强到一定程度时把P吸到b，电热丝停止工作，指示灯亮.